Каковы силы Ван-дер-Ваальса?

Силы Ван дер Ваальса это межмолекулярные силы электрической природы, которые могут быть привлекательными или отталкивающими. Существует взаимодействие между поверхностями молекул или атомов, отличное по сути от ионных, ковалентных и металлических связей, которые образуются внутри молекул.

Несмотря на слабость, эти силы способны притягивать молекулы газов; также сжиженные, отвержденные газы и газы всех жидкостей и органических твердых веществ. Йоханнес Ван дер Ваальс (1873) был тем, кто разработал теорию, объясняющую поведение реальных газов.

В так называемом уравнении Ван-дер-Ваальса для реальных газов - (P +  вN²/ V²) (V - nб)) = nRT- вводятся две постоянные: постоянная b (то есть объем, занимаемый молекулами газа) и «a», которая является эмпирической постоянной.

Константа «а» корректирует отклонение ожидаемого поведения идеальных газов при низких температурах, именно там, где выражается сила притяжения между молекулами газов. Способность атома поляризоваться возрастает в периодической таблице от вершины группы до ее низа и справа налево за период.

Увеличивая атомный номер - и, следовательно, число электронов - те, которые расположены во внешних слоях, легче перемещать, чтобы сформировать полярные элементы.

индекс

• 1 Межмолекулярные электрические взаимодействия
  • 1.1 Взаимодействие между постоянными диполями
  • 1.2 Взаимодействие постоянного диполя с индуцированным диполем
• 2 лондонских сил или дисперсия
• 3 Van der Waals радио
• 4 Силы и энергия электрического взаимодействия между атомами и между молекулами
• 5 ссылок

Межмолекулярные электрические взаимодействия

Взаимодействие между постоянными диполями

Существуют электрически нейтральные молекулы, которые являются постоянными диполями. Это связано с нарушением электронного распределения, которое вызывает пространственное разделение положительного и отрицательного зарядов по направлению к концам молекулы, составляющей диполь (как если бы это был магнит).

Вода состоит из 2 атомов водорода на одном конце молекулы и атома кислорода на другом конце. Кислород имеет большее сродство к электронам, чем водород, и притягивает их.

Это вызывает смещение электронов к кислороду, будучи отрицательно заряженным, а водород с положительным зарядом..

Отрицательный заряд молекулы воды может электростатически взаимодействовать с положительным зарядом другой молекулы воды, вызывая электрическое притяжение. Таким образом, этот тип электростатического взаимодействия называется силами Кеесома..

Взаимодействие постоянного диполя с индуцированным диполем

Постоянный диполь представляет собой то, что называется дипольным моментом (μ). Величина дипольного момента определяется математическим выражением:

μ = q.x

q = электрический заряд.

х = пространственное расстояние между полюсами.

Дипольный момент - это вектор, который условно представлен ориентированным от отрицательного полюса к положительному полюсу. Величина μ болевых выражений выражается в дебай (3,34 × 10^-30 С. М.

Постоянный диполь может взаимодействовать с нейтральной молекулой, вызывая изменение в ее электронном распределении, создавая в этой молекуле индуцированный диполь.

Постоянный диполь и индуцированный диполь могут взаимодействовать электрически, создавая электрическую силу. Этот тип взаимодействия известен как индукция, а силы, действующие на нее, называются силами Дебая..

Лондонские силы или рассеяние

Природа этих сил притяжения объясняется квантовой механикой. Лондон постулировал, что в одно мгновение в электрически нейтральных молекулах центр отрицательных зарядов электронов и центр положительных зарядов ядер могут не совпадать.

Тогда флуктуация электронной плотности позволяет молекулам вести себя как временные диполи.

Это само по себе не является объяснением сил притяжения, но временные диполи могут вызывать поляризацию, правильно выровненную из соседних молекул, что приводит к генерации силы притяжения. Силы притяжения, генерируемые электронными колебаниями, называются лондонскими силами или дисперсией..

Силы Ван-дер-Ваальса представляют анизотропию, поэтому на них влияет ориентация молекул. Тем не менее, дисперсионные взаимодействия всегда являются преимущественно привлекательными.

Силы Лондона становятся сильнее по мере увеличения размера молекул или атомов.

В галогенах, молекулах F₂ и Cl₂ низкими атомными номерами являются газы. Br₂ большего атомного номера является жидкостью, и я₂, галоген с большим атомным номером, является твердым при комнатной температуре.

Увеличение атомного номера увеличивает количество присутствующих электронов, что облегчает поляризацию атомов и, следовательно, взаимодействие между ними. Это определяет физическое состояние галогенов.

Радио от Van der Waals

Взаимодействия между молекулами и между атомами могут быть привлекательными или отталкивающими, в зависимости от критического расстояния между их центрами, которое называется_v.

На расстояниях между молекулами или атомами больше r_v, притяжение между ядрами одной молекулы и электронами другой преобладает над отталкиванием между ядрами и электронами двух молекул.

В описанном случае взаимодействие является привлекательным, но что произойдет, если молекулы приблизятся на расстояние между их центрами меньше rv? Тогда сила отталкивания преобладает над силой притяжения, которая противостоит большему сближению атомов.

Значение г_v дается так называемыми ван дер Ваальса (R) радио. Для сферических и одинаковых молекул r_v равно 2R. Для двух разных молекул радиусов R₁ и R₂: r_v равно R₁ +  R₂. Значения ван-дер-ваальсовых радиостанций приведены в таблице 1..

Значение, приведенное в таблице 1, указывает ван-дер-ваальсовский радиус 0,12 нм (10).^-9 м) для водорода. Тогда значение г_v  для этого атома он составляет 0,24 нм. Для значения r_v менее чем 0,24 нм вызовет отталкивание между атомами водорода.

Силы и энергия электрического взаимодействия между атомами и молекулами

Сила между парой зарядов, которые₁ и д₂, разделенные в вакууме расстоянием r, заданным законом Кулона.

F = k. Q₁.Q₂/ г²

В этом выражении k является константой, значение которой зависит от используемых единиц. Если значение силы, полученной в результате применения закона Кулона, отрицательно, это указывает на силу притяжения. Напротив, если значение, данное для силы, является положительным, это свидетельствует о силе отталкивания..

Поскольку молекулы обычно находятся в водной среде, которая экранирует прилагаемые электрические силы, необходимо ввести термин диэлектрическая проницаемость (ε). Таким образом, эта константа корректирует значение, данное для электрических сил с применением закона Кулона.

F = к.к₁.Q₂/ε.r²

Таким же образом, энергия для электрического взаимодействия (U) дается выражением:

U = к. Q₁.Q₂/ε.r

ссылки

1. Редакция Британской энциклопедии. (2018). Ван дер Ваальс силы. Получено 27 мая 2018 г. из: britannica.com
2. Wikipedia. (2017). Ван дер Ваальс силы. Получено 27 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org
3. Кэтрин Раш, Лиза Петерсон, Сейла Бат, Ирен Ли. Ван дер Ваальс Сил. Получено 27 мая 2018 г. из сайта chem.libretexts.org
4. Моррис, Дж. Г. (1974) Физическая химия биолога. 2 и издание. Эдвард Арнольд (Издательство) Лимитед.
5. Мэтьюз К.К., Ван Холде К.Е. и Ахерн, К.Г. (2002) Биохимия. Третье издание. Аддисон Уэсли Лонгман, Inc.